场发射显示材料 及 电致发光材料
纳米科技论文
碳纳米管性质及其应用研究进展碳是自然界分布非常普遍的一种元素。
碳元素最大的特点之一是存在着众多的同素异形体，形成许许多多结构和性质完全不同的物质。
长期以来，人们一直认为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。
直到1985年，英国科学家Kroto和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60，从此开启人类对碳认识的新阶段。
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电镜专家S.Lijima在用电子显微镜观察石墨电弧法制备富勒烯产物时，发现了一种新的碳的晶体结构--碳纳米管(CarbonNanotubes，CNTs)，自此开辟了碳科学发展的新篇章，也把人们带人了纳米科技的新时代。
碳纳米管的结构，形象地讲是由含六边形网格的石墨片卷曲而成的无缝纳米级圆筒，两端的“碳帽”由五边形或七边形参与封闭，根据石墨片层数的不同，碳纳米管可分为单壁管和多壁管。
由于其结构上的特殊性(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米，甚至毫米量级)，它表现为典型的一维量子材料，并具有许多异常的力学、电学、光学、热学和化学性能。
碳纳米管在制备、结构、性能、应用等方面引起了物理学、化学和材料学等科学家的极大兴趣，均取得了重大的成果。
近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔应用前景也不断显现出来。
1碳纳米管的结构和性能碳纳米管可以看作是石墨片绕中心轴按一定的螺旋角度卷绕而成的无缝圆筒，碳原子间是sp2杂化，它具有典型的层状中空结构特征，管径在0.7-30nm之间，长度为微米量级，管身是由六边形碳环组成的多边形结构，两端由富勒烯半球形端帽封口。
碳纳米管的螺旋度通常用螺旋矢量Ch=na1+ma2表示，其数值等于碳纳米管的周长，其中n，m为整数，a1、a2是石墨晶格的基矢(图1)。
在二维石墨晶片上，给定一组(n，m)便确定了一个矢量Ch。
另一个重要参量是Ch与a1，间夹角θ，称为手性角。
当n=m，θ=30°时，称其为扶手椅形碳纳米管；当m=0，θ=0°时，称其为锯齿形碳纳米管；而当0°<θ<30°时形成的所有其他类型均是手性碳纳米管(图2)。
PDP基本概况
PDP市场分析预测人类信息社会的主要特征是随时随地的获得信息、加工信息、利用信息、传播信息，以信息化带动工业化。
阴极射线管（CRT）诞生一百多年来，作为终端显示器的地位是无与伦与的。
但是近十年来受到了平板显示器的有力挑战，从二十世纪八十年代开始，物理学领域新的实验技术、极端条件实验技术和实验方法的发展带动了半导体技术的迅猛发展，新型发光材料的物理研究，合成方法研究以及应用研究的异常活跃，促进了显示技术的发展。
平板显示器件成为八十年代和九十年代发光与显示的研究热点。
主要的研究工作集中在：1．粉末电致发光材料及显示器件的研究，包括直流粉末电致发光（DCEL）和交流粉末电致发光（ACEL）；2．薄膜电致发光材料及器件的研究（TFEL）；3．有机薄膜电致发光材料及器件的研究（OEL）；4．等离子体发光材料及显示器件的研究（PDP）；5．场发射材料及显示器件的研究（FED）；6．半导体发光二极管及大屏显示方案的研究（LED）；7．液晶显示技术的研究（LCD）。
在整个学术界关于显示器的研究都是和发光材料联系在一起的，认为显示技术的核心是发光材料的问题。
当时提出的目标是：固体化、平板化、全彩色、高亮度、长寿命、低功耗、大面积、无辐射、无闪烁，当然成本也不能太高。
从材料上分主要分为无机和有机，从显示原理上分有主动发光式和非发光式(被动发光式)。
经过二十多年的研究、竞争和发展，平板显示器已经渐渐进入角色，成为新世纪显示器的主流产品。
目前竞争最激烈的平板显示器有四个品种: 1．场发射平板显示器（FED）2．等离子体平板显示器（PDP）3．有机薄膜电致发光二极管（OEL）4．薄膜晶体管液晶平板显示器（TFT-LCD）据美国Stanford Resources InC.提供的最新资料显示，平板显示器市场将从1999年的169亿美元增加到2005年的349亿美元，超过CRT显示器件。
PDP 显示器市场将从1999年的8亿美元增加到2005年的58亿美元，这在所有的平板显示器中增幅最大，2002年以后，PDP将进入快速增长期，主要是彩色大屏幕PDP电视机的增长。
场致发射显示.
场致发射显示定义：场发射显示器（FED），即场致发射阵列平板显示或称为真空微尖平板显示器（MFD)，是一种新型的自发光平板显示器件。
场致发射显示一、发展简史•1961年，Shouledrs.K.R提出用场发射电子源的纵向和横向真空微电子三极管的概念•1968年，斯坦福研究所的Spindt.C.A，用薄膜技术和钼尖锥工艺制作微型场发射阵列阴极。
•1985年，Meyer.R，微尖锥型阴极的矩阵选址阴极发光平板显示器•1988年，美国首届国际真空微电子学会议，标志真空微电子学的正式诞生•1989年，单色FED研制成功•1997年，全色FED研制成功•2001年，Sony公司13.2英寸全色FED场致发射显示场致发射显示On Nov. 23, 1999PixTech, Inc.announced thedelivery of the first12.1-inch FieldEmission Display(FED) to the U. S.ArmyFirst Delivery of 12.1”FEDFED的优点：•图像质量好、视角宽（1800）•功耗低（1－3w）、寿命长•无偏转线圈，无X射线辐射•响应速度快（<2 us）•体积小，重量轻•工作温度范围宽•制作工艺比较简单（与LCD及其它PDP比）总之，FED集中了CRT和LCD的优点，摒弃了它们的缺点，性能优良，极具竞争力的新一代显示器。
场致发射显示FED的应用领域：•< 6英寸的FED，替代CRT,作头盔显示•可以放在武器上左定位显示器•摄像器上的取景器•汽车的导航系统显示终端•电子照相机的显示器•仿真技术方面•便携式计算机显示屏•用作可视电话的显示器主要在军事领域场致发射显示二、FED的工作原理构成：场发射阵列阴极（FEAC)和显示荧光屏示意图：场致发射显示场致发射显示和材料有关的常数：与发射体现状，栅压；B A :)/(2g g g e U U B AU I−⋅=FED 的场发射理论场发射就是导体或者半导体表面施加强电场，使导带中的电子发射到真空中。
几种显示技术的比较
几种常见显示技术的比较平板显示器件包括液晶显示器件(LCD)、等离子体显示器件(PDP)、发光二极管显示器件(LED)，场发射显示器件(FED )、表面传导发射显示器件(SED )、无机电致发光器件(IOEL)、有机电致发光器件(OLED ) 等。
下面就其中的几种做简要的介绍。
1、液晶显示器件(LCD )液晶显示器件是液晶应用的主体，发展很快。
液晶显示器的优缺点:（1)结构和产品体积。
传统显示器由十使用CRT，必须通过电子枪发射电子束到屏幕，因而显像管的管颈不能做得很短，当屏幕增加时也必然增大整个显示器的体积。
液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示目的，即使屏幕加大，它的体积也不会成正比的增加(只增加尺寸不增加厚度所以不少产品提供了壁挂功能，可以让使用者更节省空间)，而且重量上比相同显示面积的传统CRT显示器要轻得多。
同时液晶显示器由十功耗只在十电极和驱动IC上，因而耗电量比传统CRT显示器也要小得多。
（2)辐射和电磁波干扰。
传统CRT显示器由十采用电子枪发射电子束，在打到屏幕上后会产生辐射，尽管现有产品在技术上有很大的提高，把辐射损害降到最小，但不可能根除。
在这一点上，液晶显示器具有先天的优势，它根本没有辐射可言。
至十电磁波的干扰，液晶显示器只有来自驱动电路的少量电磁波，只要将外壳严格密封即可排除电磁波外泄，而传统CRT显示器为了散热，不得不将外壳钻上散热孔，所以电磁波干扰就不可避免了。
所以液晶显示器也被称为冷显示器或环保显示器。
（3)平面直角和分辨率。
液晶显示器一开始就使用纯平面的玻璃板，其平面直角的显示效果比传统显示器看起来好得多。
不过在分辨率上，液晶显示器理论上可提供更高的分辨率，但实际显示效果却差得多。
而传统显示器在较好显卡的支持下达到完美的显示效果。
（4)显示品质。
传统显示器的显示屏幕采用荧光粉，通过电子束打击荧光粉显示，因而显示的明亮度比液晶的透光式显示(以口光灯为光源)更为明亮，在可视角度上也比液晶显示器要好得多。
氮化钨粉末
氮化钨粉末氮化钨粉末是一种重要的无机材料，具有广泛的应用领域和优异的性能特点。
本文将介绍氮化钨粉末的制备方法、物理化学性质以及其在材料科学、电子器件和催化领域中的应用。
一、氮化钨粉末的制备方法氮化钨粉末的制备方法有多种，常见的包括化学气相沉积法、氮化铵热分解法、高温反应法等。
其中，化学气相沉积法是一种常用且成熟的制备方法。
该方法通过在高温下将钨源和氮源反应生成氮化钨粉末，并通过控制反应条件和气氛组成来调控粉末的形貌和尺寸。
氮化钨粉末具有许多独特的物理化学性质。
首先，它具有优异的热稳定性和耐腐蚀性，能够在高温和恶劣环境下保持良好的稳定性。
其次，氮化钨粉末具有高硬度和高熔点的特点，能够在高温下保持较好的力学性能。
此外，氮化钨粉末还具有良好的导电性和导热性，可用作导电材料和热导材料。
三、氮化钨粉末在材料科学领域中的应用氮化钨粉末在材料科学领域中具有广泛的应用。
首先，氮化钨粉末可以用作增强剂，加入到金属基复合材料中，提高材料的力学性能和耐磨性。
其次，氮化钨粉末可以用作陶瓷材料的添加剂，改善陶瓷材料的性能和导电性。
此外，氮化钨粉末还可以用于制备高温结构材料、涂层材料和电子器件等。
四、氮化钨粉末在电子器件领域中的应用氮化钨粉末在电子器件领域中有着重要的应用价值。
首先，氮化钨粉末可以用作场发射材料，具有良好的电子发射性能和稳定性，可用于制备场发射显示器和微波器件。
其次，氮化钨粉末还可以用作阴极材料，用于制备电子管和真空电子器件。
此外，氮化钨粉末还可以用于制备光电子器件、光电探测器和光纤通信器件等。
五、氮化钨粉末在催化领域中的应用氮化钨粉末在催化领域中具有广泛的应用。
首先，氮化钨粉末可以用作催化剂载体，通过调控其表面性质和孔隙结构来改善催化活性和选择性。
其次，氮化钨粉末本身也具有一定的催化活性，可直接用于催化反应。
此外，氮化钨粉末还可以与其他金属催化剂复合使用，形成复合催化剂，提高催化效果和稳定性。
氮化钨粉末是一种重要的无机材料，具有广泛的应用领域和优异的性能特点。
常见发光材料
光致发光 灯用材料 日光灯,节能灯,黑光灯,高压汞灯,低压汞灯，LED转换组合白光 长余辉材料 放射性永久发光,超长余辉,长余辉 紫外发光材料 长波3650发光,短波2537发光,真空紫外发光,量子点发光…… 红外线发光材料 上转换发光,红外释光,热释发光, 多光子材料 荧光染料\颜料 稀土荧光,有机荧光 电致发光 高场发光 直流粉末DCEL,交流粉末ACEL,薄膜发光,厚膜发光,有机发光 低场发光 发光二极管(LED),有机发光(OEL-OLED),硅基发光,半导体激光 阴极射线发光 彩色电视发光材料 黑白电视发光材料 像素管材料 低压荧光材料 超短余辉材料 放射线发光 α射线发光材料,β射线发光材料,γ射线发光材料,氚放射发光材料，闪烁晶体材料 X射线发光 X存储发光材料 X增感发光材料 CT扫描发光材料 摩擦发光 单晶发光,微晶发光 化学发光 有机化合物发光(荧光染料) 液体发光 有机稀土发光 生物发光 酶发光,有机发光, 反射发光(几何光学) 光学镀膜反射材料,玻璃微珠反射材料
4 .灯用稀土发光材料
使用稀土三基色荧光粉的节能灯流明效率高，显色性好，是欧美、日和我国大力推广的绿色照明。 灯用稀土发光材料如表3所示。 表3 灯用稀土发光材料 组成 颜色 用途 Y2O3:Eu 红 节能灯 Y(V,P)O4:Eu 红 高压汞灯 MgAl11O19:Ce,Tb 绿 节能灯 LaPO4:Ce,Tb 绿 节能灯 GdMgB5O10:Ce,Tb 绿 节能灯 BaMgAl10O17:Eu,Mn 兰绿 节能灯
9 长余辉荧光粉
稀土类长余辉荧光粉SrAl2O4:Eu,Dy(525nm)和Sr4Al14O25:Eu,Dy(490nm)比硫化锌长余辉荧光粉的 性能要优越得多。余辉时间前者是后者的5～10倍，大于10小时，前者的余辉强度和化学稳定性也比 硫化锌要好得多，因余辉时间大于10小时，而无需使用放射性元素，其安全性更好。稀土长余辉荧 光粉现已得到广泛的应用。另外还有：ZnS:Cu，SrCaS:Eu 10 光子裁剪(photon cutting)荧光粉 绝大多数的光子发光材料（灯用荧光粉，长余辉荧光粉，农用光转换荧光粉，PDP荧光粉等）量子效 率都小于1。长期来，人们期望能提高量子效率，将吸收的光子“裁剪”成二个或二个以上所需要波长 的光子，使量子效率大于1，或者，将不需要的发射光子“裁剪”成所需要的光子。经过多年的研究， 可以利用串级多光子发射效应，无辐射效应，无辐射能量传递和交叉弛豫正在逐步实现这种愿望。 LiGdF4:Eu3+ 红色荧光粉，真空紫外线激发下的量子效率高达195%，是紫外线激发下量子效率的2 倍。 LiGdF4:Er,Tb 绿色荧光粉，VUV激发下量子效率达到130%。 Y2O2S:Tb,Dy [6]绿色荧光粉，利用无辐射能量传递中的交叉弛豫效应（Tb3+→Dy3+）,使Tb3+的5D3 →7Fj能级跃迁发射的兰色光子被剪裁，而使Tb3+的5D4能级的光子数增殖，5D4→7Fj跃迁（绿色） 的几率大大提高。
TFT-LCD基本原理
1. Resolution: 1920xRGBx1080 2. MVA: CR~ 8000:1 3. Viewing angle: 180o 4. Response time <8 ms 5. Color gamut: 92% NTSC
天马
玻璃尺寸及生产线Gen的概念
Gen 5
Gen 10
玻璃尺寸： 2950*3400mm 2850*3050mm
2200×2500mm 1950mm×2250mm
附注 2005年一季度投产，2008年底扩产至10万片/ 月 已于2009年10月投产 2009年3月底前动工、2010年底前投产 预计将于2011年10月投产。同时亦有规划建第 二条8代线
2004年第四季度投产，重组后售与深天马大股 东中航技，由深天马管理。
左图：两偏光片垂直 右图：两偏光片平行
TFT（薄膜晶体管）基本概念
Source
Gate
Drain W
+ve source
Current flow
gnd drain
L Channel
Conductive channel
glass
Gate insulator
Semiconductor
+ve + ve
Array 制程与半导体制程相似，但不同的是将ay基板与彩色滤光片的玻璃基板贴 合，并在两片玻璃基板间滴入液晶(LC) ；
模组组装制程是将Cell制程后的面板与其它如背光单元、 电路、外框等多种零组件组装的过程。
a-Si TFT array process – step 1
基板尺寸 1100×1300mm 730×920mm 1500×1850 mm 2200×2500mm
显示器成像的原理
显示器成像的原理显示器成像的原理是指将电子信号转化为可见图像的过程。
在现代显示技术中，常见的显示器有液晶显示器（LCD）、有机发光二极管显示器（OLED）和场发射显示器（FED）等。
液晶显示器（LCD）的原理是基于液晶的光学效应。
液晶是一种介于液体和晶体之间的物质，具有有序排列的分子结构。
液晶显示器的结构包括背光源、液晶层和像素阵列。
背光源提供光源，液晶层根据外部电场的作用改变光的透射性，而像素阵列则控制每个像素的透光与否。
在显示过程中，电子信号通过电路传输到液晶层，通电时会改变液晶层中分子的排列方式，从而改变光的透射性。
最终，在背光源的照射下，透光和不透光的像素会形成可见的图像。
有机发光二极管显示器（OLED）的原理是利用有机材料的电致发光效应。
OLED 显示器的结构包括有机发光层、电子传输层和电极层。
有机发光层由发光材料组成，电子传输层用于传输电子信号，电极层用于施加电场。
在显示过程中，电子信号通过电路传输到电极层，经过电子传输层后进入有机发光层，激发有机材料中的电子，从而发出光。
每个像素由红、绿、蓝三种发光材料的不同组合来形成不同的颜色。
OLED显示器具有自发光特性，不需要背光源，具有较高的亮度和对比度。
场发射显示器（FED）是一种基于电子场发射原理的显示器。
FED显示器的结构类似于传统的阴极射线管（CRT），包括阴极、阳极和荧光屏。
与CRT不同的是，FED的阴极表面有许多纳米级的针状结构，这些针状结构可以通过场发射产生电子束。
在显示过程中，电子信号通过电路传输到阴极，电子束通过控制阳极电势将电子束引导到相应的像素位置。
当电子束碰撞到荧光屏上时，会产生荧光现象，形成可见的图像。
FED显示器具有高亮度、高对比度和快速响应等优点。
总的来说，现代显示器成像的原理基于不同的物理效应，在液晶显示器中是利用液晶的光学效应，而在OLED和FED显示器中则是通过电致发光效应和场发射发光效应来实现。
这些显示器的成像原理不仅改变了显示器的外观和性能，还提供了更清晰、更亮丽的图像效果，广泛应用于电视、计算机和移动设备等领域。
常见发光材料
VFD用稀土发光材料较少，效率也不高，如SnO2:Eu3+, Y2O2S:Eu3+，很少使用。
3. 场发射显示（FED）稀土发光材料
FED是有可能与PDP和LCD相竞争的平板显示，它的画面质量和分辨率优于CRT，响应速度（寻址时间） 非常快，而功耗仅是LCD的1/3，其应用前景令人关注。FED稀土发光材料如表2所示。 表2 FED稀土发光材料 组成 颜色 发光效率 SrTiO3:Pr 红 0.4 Y2O3:Eu 红 0.7 Y2O2S:Eu 红 0.57 Y3(Al,Ga)5O12:Tb 绿 0.7 Y2SiO5:Tb 绿 1.1 SrGa2S4:Eu[1] 绿 4.0 ZnS:Cu,Al 绿 2.6 Y2SiO5:Ce 兰 0.4 SrGa2S4:Ce[1] 兰 1.5 ZnS:Ag,Cl 兰 0.75
9 长余辉荧光粉
稀土类长余辉荧光粉SrAl2O4:Eu,Dy(525nm)和Sr4Al14O25:Eu,Dy(490nm)比硫化锌长余辉荧光粉的 性能要优越得多。余辉时间前者是后者的5～10倍，大于10小时，前者的余辉强度和化学稳定性也比 硫化锌要好得多，因余辉时间大于10小时，而无需使用放射性元素，其安全性更好。稀土长余辉荧 光粉现已得到广泛的应用。另外还有：ZnS:Cu，SrCaS:Eu 10 光子裁剪(photon cutting)荧光粉 绝大多数的光子发光材料（灯用荧光粉，长余辉荧光粉，农用光转换荧光粉，PDP荧光粉等）量子效 率都小于1。长期来，人们期望能提高量子效率，将吸收的光子“裁剪”成二个或二个以上所需要波长 的光子，使量子效率大于1，或者，将不需要的发射光子“裁剪”成所需要的光子。经过多年的研究， 可以利用串级多光子发射效应，无辐射效应，无辐射能量传递和交叉弛豫正在逐步实现这种愿望。 LiGdF4:Eu3+ 红色荧光粉，真空紫外线激发下的量子效率高达195%，是紫外线激发下量子效率的2 倍。 LiGdF4:Er,Tb 绿色荧光粉，VUV激发下量子效率达到130%。 Y2O2S:Tb,Dy [6]绿色荧光粉，利用无辐射能量传递中的交叉弛豫效应（Tb3+→Dy3+）,使Tb3+的5D3 →7Fj能级跃迁发射的兰色光子被剪裁，而使Tb3+的5D4能级的光子数增殖，5D4→7Fj跃迁（绿色） 的几率大大提高。
电致发光材料
电致发光材料
电致发光材料（Electroluminescent Materials，简称EL材料）是一种能够在电
场的作用下产生发光现象的材料。
它具有在室温下工作、发光效率高、寿命长、能耗低等优点，因此在显示、照明、生物医学、安全标识等领域有着广泛的应用前景。
EL材料的基本原理是在外加电场的作用下，通过电子和空穴的复合发生辐射
而产生光。
目前，主要的EL材料包括有机EL材料和无机EL材料两大类。
有机EL材料是指以有机化合物为基础的EL材料，其优点是制备工艺简单、
可制备成薄膜、柔性度高，适合于柔性显示器件的制备。
有机EL材料的发光颜色
丰富，可以通过不同的有机分子设计实现多种颜色的发光，因此在显示领域有着广泛的应用前景。
无机EL材料是指以无机化合物为基础的EL材料，其优点是发光效率高、寿
命长、稳定性好，适合于大面积照明和显示领域的应用。
无机EL材料的发光机理
复杂，通常包括发光中心和激活剂等组成，通过控制发光中心和激活剂的种类和浓度可以实现不同颜色的发光。
除了有机EL材料和无机EL材料，近年来还出现了混合型EL材料，即有机无
机杂化EL材料。
混合型EL材料综合了有机EL材料和无机EL材料的优点，具有
发光效率高、寿命长、制备工艺简单等特点，因此备受关注。
随着科学技术的不断发展，EL材料的研究和应用也在不断拓展。
未来，随着
新材料、新工艺的不断涌现，EL材料将会在显示、照明、生物医学等领域发挥越
来越重要的作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
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发光原理
在电极为透明导电薄膜低点平版电容器 中，放入几十毫米厚的混有截止的发光 粉，，然后在电极之间加上一定的电压， 就可以从玻璃一面看到发光，通常用交 流电或直流电压都可以获得电致发光。 电致发光有高电场发光（本征发光）和 低电场结型发光（注入型发光）。前者 发光材料是粉末或薄膜材料，后者是晶
济的繁荣, 技术的进步, 对无机发光材
半导体内场致电子发射
第二节
冷阴极材料
Cold Cathode Materials
冷阴极材料
Cold Cathode Materials
冷阴极
当使用熔点和沸点很 高的材料（如C、W
当使用钢、铜、铝等
材料做阴极时，其熔 点和沸点较低，阴极 温度不可能很高，热 发射不可能提供足够
等）做阴极时，阴极
进一步优化器件性能
需要对载流子的产生、电荷的运输和倍 增、碰撞激发过程、发光中心的重新复 合特性等作深入的研究；
01
02
提高器件发光效率
对器件本身设计，膜的制备方法等也需 深入研究
蓝光材料的开发研制
努力寻找新的蓝色发光材料，提高发光 效率。
03
04
新型膜材料的研究
对其他各类材料都进行探究，寻找更适 合更节能环保的新材料
无机电致发光材料
Inorganic Electroluminescent Materials
前景展望
由于电致发光材料出色的内在特性和研究人员的不懈努力，电致发光应用日益广泛，目前无机材料电致发光器件已应用于 工业自动化、测量测试设备、背景光源、交通安全发光标志等领域。但是由于用无机电致发光材料所制得的发光器件在亮 度和寿命上均不能达到人们的期望值，且蓝色电致发光材料发展缓慢,制约了彩色化电致发光终端显示器件的发展，因此， 无机材料电致发光今后的研究重点是:
单晶层厚度20um 驱动电压400v
02
04
有机电致发光材料
Organic Electroluminescent Materials
可实现超薄的大面积平板显示
有机电致发光二极管(OLED)
近十多年里,OLED作 为一种新型显示技术 已经取得了长足的发 展，就器件的发光亮 度、发光效率和寿命 而言，OLED器件已 经基本达到了实用的 要求。
薄膜发光材料
将发光体制成薄膜后，在电场作用下发光成为薄膜 电致发光。左图为无机EL基质材料的物理性能。在
这些基质材料中掺入过渡族金属（Mn）或稀土元
素（Eu、Tb、Ce）而得到发光中心。 ZnS:Mn是研究最早，高亮度、高效率的电致发光 材料。它的发光带谱从540～680nm,峰值在 585nm左右，呈橙黄色。通过加滤色片的方法，可 以从中获得全色显示所需要的红色和绿色发光。 左表列出当前发光效率最高的FEL三基色发光材料 和白光FEL材料。
FED发光材料
FED Luminescent Material
FED---Field Emission Display
1.是指所谓电子发射是指电子从阴极逸出进 入真空或其它气体媒质中的过程。所有物体 都含有大量的电子，常态下不逸出物体，当 电子获得足够的能量，足以克服阻碍其逸出 物体表面的力时，便产生了电子发射。
全固态器件,自发光型,无真空腔,无 液态成分,不怕震动,使用方便 制作工艺简单，成本低
OLED
响应速度快(微秒量级)，视角宽(大 于160度)，工作温度范围宽(40℃～80℃) 直流驱动电压低，能耗少，可与集 成电路驱动相匹配
发光效率：>10lm/W； 发光寿命：绿光器件达 8万小时，黄光器件达3 稳定性：亮度为 万小时，蓝光器件达8 100cd/m2时，工作寿 千小时； 命大于1万小时； 最大尺寸：已经超过40 英寸。
第四节
有机电致发光材料
Organic Electroluminescent Materials
有机电致发光材料
Organic Electroluminescent Materials
电致发光的发展
75 nm 60 nm
01
1953年，Bernanose等
第一次发现了有机物中 的电致发光现象；1963 年美国纽约大学的Pope 等人也观察到了晶体薄 膜的电致。 1982年 Vincett的研究 小组制备出厚度0.6um 的薄膜，并观测到电致 发光。
场发射显示材料 及 电致发光材料
Field emission display material And Electroluminescent materials
演讲人：冯晓华 制作人：毕宇波 资料查询：付浩宇，薛文强，兰志强
01
FED发光材料
冷阴极材料
FED Luminescent Material
子力学的观点解释了金属的场致发射现象， 称为FN理论。半导体材料在电场中的行为比 金属更为复杂，主要是由于存在电场渗透现 象和更为复杂的表面态影响。
FED发光材料
FED Luminescent Material
电子发射的几种方式
①热电子发射
电子靠加热物体提供能量，当温度升高， 电子的无序热运动的能量随之增大，直致 电子能够克服阻碍它逸出固体表面的阻力 而逸出物体的发射。
可以被加热到很高的 温度，电弧的阴极区 的电子可以主要依靠 阴极热发射来提供， 这样的材料叫热阴极 材料。这种电极被称 为热阴极型电极。
金刚石材料具有负的电子亲和势，有效功函数为 0.2eV~0.3eV（Si为4.5eV）。所以，金刚石表面 状态稳定，击穿电压高（10 7次V/cm），热导率 高（20W/（cm/K）），因此可在低真空度
有机电致发光材料可选范围广,容易 得到全色显示
有机电致发光材料
Organic Electroluminescent Materials
01 载流子的注入
在外加电场作用下，电子和空穴 分别从阴极和阳极注入到夹在电 极之间的有机功能薄膜层。 载流子的注入 载流子的迁移
02 载流子的迁移
注入的电子和空穴分别从电子传 输层空穴传输层向发光层迁移。
02
Cold Cathode Materials
03
无机电致发光材料 有机电致发光材料
Inorganic Electroluminescent Materials
04
Organic Electroluminescent Materials
第一节
FED发光材料
FED Luminescent Material
色稳定性和高器件寿
命的白光OLED器件。 解决白光OLED寿命 短、发光效率低等问 进一步了解有机半导 体发光机理，合理解 决OLED器件发光淬
题，是OLED显示器
能否大规模走向产业移等问题成为 研究的焦点
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电子发射的几种方式
①热电子发射 ②光电子发射 ③次级电子发射 ④场致电子发射
特点
场发射与其它三种电子发射有性质上的不同。
作用
外场电有两个作用：一是降低表面势垒，二
热电子发射、光电子发射、次级电子发射都
是以不同的形式给予物体内电子以能量，使 它们能越过物体表面上的势垒而逸出。
是减少势垒宽度。Fowler和Nordheim用量
③次级电子发射
界外获得能量的电子穿入物体内部， 把能量传递给物体内部的电子，使 之逸出的发射方式。
②光电子发射
即外光电效应，与电子没有逸出物 体表面的内光电效应有区别，电子 靠光辐射吸收光量子能量而逸出物 体产生的发射。
④场致电子发射
也称自电子发射、冷发射，在物体 表面加强电场以削弱阻碍电子逸出 物体的力，利用隧道效应而产生的 发射.
电致发 光过程
04 激子的迁移
激子在电场作用下迁移，将能量 传递给光分子，并激发电子从基 态跃迁到激发态 激子的迁移 载流子的复合
03 载流子的复合
电子和空穴结合产生激子
有机电致发光材料
Organic Electroluminescent Materials
未来工作 OLED的主要研究方向
虽然人们不断报道新 型的蓝光材料，但是 提高发光效率和器件 寿命，增加稳定性 同其他颜色发光材料 (特别是黄、绿光材 料)相比，仍有较大 不足，实现全色显示 尚需努力 研究高亮度、高效率、
料的需求也与日俱增。
体材料，两者的发光机理和器件的结构
都有区别。通常来说，电致发光指的是 高电场发光。
无机电致发光材料
Inorganic Electroluminescent Materials
ZnS是粉末电致发光的最佳基质材料。这种材料对ZnS纯度 要求高，特别是Fe、Co、Ni等重金属杂质含量要求低于 0.1×10-6 ~ 0.3×10-6，同时要求结晶状态好，有较好的 分散性和流动性。制备ZnS的方法有硫化氢法、均相沉淀法， 气相合成法等。制备高纯ZnS采用气相合成法。使用此法制 备的ZnS纯度高，结晶状态好，缺点是成本高。 在粉末ZnS材料里，发光特性是由激活剂和共激活剂决定的。 在交流电场下，Cu是激活剂，Al3+、Ca3+、In3+、稀土 元素和Cl、Br、I是共激活剂。发光特性与这些激活剂和共 激活剂的元素、浓度、烧结条件有关。右表为粉末发光材
FED发光材料
FED Luminescent Material
形式
场致电子发射的形式大体上 可分为以下几种：
尖端外场致电子发射 介质薄膜（介质涂层）内场电子发射
FED发光材料
场发射显示又称真空微显示器，1986年公开， 1993年全色FED问世。作为新一代薄型电子电子显 示器件备受关注。 FED与CRT的发光机理基本一致，也是电子射线激 发发光。但CRT是热阴极，即把阴极加热后发射电 子；而FED是冷阴极，通过将强电场集中在阴极上 的圆锥形发射极上发射电子。 CRT和FED均使用电子束激发的发光材料，但加速 电子束的电压不同。CRT加速电压约15kV~30kV， FED为300V~8kV。CRT采用逐点扫描方式，寻址 时间短，约为纳秒级，而FED采用矩阵式逐行扫描 方式，寻址时间为几十微秒。 氧化物FED发光材料优于硫化物材料。在高电流密 度的激发下，ZnS基质材料表面粗糙，易老化。氧 化物材料表面导电性好，因为氧化物材料具有高浓 度的氧空位和晶格间阳离子。